【正文】 22 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層耐腐蝕性能研究實(shí)驗(yàn) ......................................... 22 第三章 結(jié)果與討論 ............................................................................................................ 23 分散劑種類和用量范圍的確定 ............................................................................ 23 硬度分析及最優(yōu)工藝 ............................................................................................ 26 照射金相和 X 射線及照片分析 ........................................................................... 29 金相圖分析 .................................................................................................. 29 X 衍射圖分析 ............................................................................................... 31 耐腐蝕性能分析 .................................................................................................... 31 第四章 結(jié)論與展望 ............................................................................................................ 34 結(jié)論： ..................................................................................................................... 34 發(fā)展前景 ................................................................................................................ 34 所面臨的問(wèn)題 ........................................................................................................ 34 結(jié)語(yǔ) ........................................................................................................................ 35 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 36 附錄 1 英文原文文獻(xiàn) ......................................................................................................... 43 附錄 2 英文文獻(xiàn)翻譯 ......................................................................................................... 51 致謝信 .................................................................................................................................. 66 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第一章 前 言 復(fù)合鍍層是通過(guò)金屬沉積的方法 ,將一種或數(shù)種不溶性的固體顆粒均勻地夾雜到金屬鍍層中所形成的特殊鍍層 ,這些不溶性的顆粒通常是 SiC、 SiO Al2O3 、及金剛石等微米級(jí)的顆粒。表面工程是由多個(gè)學(xué)科交叉、綜合而發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，它的最大優(yōu)勢(shì)是能夠以多種方法制備優(yōu)于本體材料性能的表面功能涂層，賦予零件防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。 ( 2 )納米微粒與基質(zhì)金屬共沉積過(guò)程中，納米微粒的存在將影響電結(jié)晶過(guò)程，使基質(zhì)金屬的晶粒大為細(xì)化，使基質(zhì)金屬的晶粒成為納米晶。 龍?zhí)玫热?[68]研究了表面活性劑用量對(duì)納米微粒在鍍液中分散的影響，隨著表面活性劑用量的增大，納米微粒在鍍液中的分散效果得到顯著提高，鍍層硬度也明顯提高，摩擦因數(shù)減小，耐磨性提高。 鄭筱梅等 〔 10〕 研究復(fù)合電鍍中納米微粒用量、分散劑、分散方法、 pH 值、電流密度、施鍍條件等因素對(duì)鍍層的影響，采用陰離子表面活性劑結(jié)合超聲分散方法分散納米微粒效果好，所得鍍層的均勻性和外觀達(dá)到最好。經(jīng)過(guò)退火處理后，涂層的抗疲勞程度更高。納米磁性材料特別是類似鐵氧體的納米磁性材料加人涂料中，既有優(yōu)良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線的性能，加之相對(duì)密度小，在隱身方面的應(yīng)用有明顯的優(yōu)越性。加人納米 TiO2 的乳膠漆的耐老化時(shí)間提高到1000h 以上。光催化劑己成為目前研究的重點(diǎn)。并研究了鍍液中納米 SiC 懸浮量、電流密度、 pH、溫度及攪拌速度對(duì)沉積復(fù)合量及沉積速率的影響。文獻(xiàn) [29]報(bào)道制備出了含有無(wú)機(jī)類富勒烯納米材料 MoS2 的復(fù)合鍍層 ,不僅具有高的摩擦性能 ,而且具有更低 []的摩擦系數(shù)。 (5) 良好電接觸性能 隨著信息產(chǎn)業(yè) 的迅速發(fā)展 ,復(fù)合鍍層在電子工業(yè)中使用不僅可以節(jié)約很多貴金屬材料銀、金等 ,并可以獲得良好的電接觸性能 。 納米復(fù)合電鍍的發(fā)展和問(wèn)題 將納米材料與表面涂層技術(shù)相結(jié)合制備出的納米復(fù)合涂層較傳統(tǒng)涂層有更大的優(yōu)越性。納米復(fù)合涂層的研究還處于剛剛起步階段，有很多問(wèn)題有待于進(jìn)一步研究，如納米微粒表面修飾和包覆、納米功能涂層的制備、納米微粒與表面涂層技術(shù)的結(jié)合等方面。銅的機(jī)械性能與物理狀態(tài)有關(guān)，也受溫度和晶粒大小的影響。納米顆粒具有很高的硬度和極強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，將其加入到鍍液中，可以使鍍層位錯(cuò)密度提高，從而顯著增強(qiáng)鍍層的機(jī)械性能，而且對(duì)于穩(wěn)定鍍層結(jié)構(gòu)非常有效 它們復(fù)合所面臨的問(wèn)題 我所研究的課題是 Cu納米 AL2O3 復(fù)合鍍層的性能。硫酸銅是銅離子 (Cu2+)的來(lái)源，當(dāng)溶解于水中會(huì)離解出銅離子，銅離子會(huì)在陰極 (工件 )還原 (得到電子 )沉積成金屬銅。 (2)微粒粘附于電極上。酸性 硫酸鹽鍍銅的最大缺點(diǎn)是鋼鐵件不能直接鍍銅 ,需要預(yù)處理或預(yù)鍍 [52]。 上述第 3種穩(wěn)定機(jī)制屬于靜電位阻效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)的協(xié)同作用。 納米復(fù)合鍍層有很多的優(yōu)點(diǎn)，但納米微粒在鍍液中的穩(wěn)定與分散是這一技術(shù)的前提。不同的分散劑分子由于各自所帶基團(tuán)不同 ,對(duì)納米微粒的吸附包覆效果差別很大。 pH值對(duì)表面活性劑的作用也有很大影響 ,酸性溶液宜用非極性和陰離子型表面活性劑 ,而堿性溶液則宜用陽(yáng)離子型表面活性劑。選擇適當(dāng)?shù)年庪x子表面活性劑和陽(yáng)離子表面活性劑的混合比例 ,可以得到較好的 Ni2Si3N4鍍層。 (2)合適的 pH值 pH值通常通過(guò)改變粒子所帶電荷來(lái)影響納米微粒的水懸浮液體系的穩(wěn)定性 ,同時(shí)影響粒子的飽和吸附量和一些分散劑的電離程度。所以硫酸銅含量必須低于其溶解度才能防止硫酸銅析出。 （ 5） 攪拌 攪拌可以增加允許工作電流密度，以加快沉積速度。并在最優(yōu)值的條件下，做出標(biāo)準(zhǔn)樣，并對(duì)樣品進(jìn)行性能測(cè)試。預(yù)鍍解決了鍍銅時(shí)結(jié)合里不好的問(wèn)題。表面活性劑（十六烷級(jí)三甲基溴化銨，十二烷基苯磺酸鈉，聚乙二醇）。 HNO3。 溫度 ℃ (80~90) 時(shí)間 min 至油除凈 （除油后用熱水漂洗，漂洗至漂洗液中的化學(xué)液濃度為原濃度的 3%以下） 再用冷蒸餾水清洗 （ 3）酸洗 ：將 90g/L 24HSO 加熱至 80℃后將鋼片放入浸泡至氧化皮松動(dòng)。 直流電沉積 Cu納米 Al2O3復(fù)合鍍層及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定 將水浴鍋加熱到實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度，鍍液加入到電解槽中，電解槽置于水浴鍋中待鍍液溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度，在加熱過(guò)程中用攪拌槳攪拌鍍液使鍍液成 分均勻。 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)定如下 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 20 表 21 直流電沉積 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層正交實(shí)驗(yàn)表 因素 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn) 溫度 /℃ 攪拌速度/rad? min 電流 /A 納米添加量 /g 活性劑量 /g 1 12 150 10 2 12 240 15 3 12 330 20 4 12 420 25 5 12 500 30 6 18 150 20 7 18 240 25 8 18 330 30 9 18 420 10 10 18 500 15 11 26 150 30 12 26 240 10 13 26 330 15 14 26 420 20 15 26 550 25 16 32 150 15 17 32 240 20 18 32 330 25 19 32 420 30 20 32 550 10 21 40 150 25 22 40 240 30 23 40 330 10 24 40 420 15 25 40 550 20 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 21 表面活性劑的選擇 表面活性劑在水中的分散效果 將三種表面活性劑溶于介質(zhì)中，放入少量（ 20g/L） Al2O3 納米顆粒，超聲波震蕩 30min 后靜置一定時(shí)間待完全沉降后，觀察懸浮液 的濃度和高度。 性能分析實(shí)驗(yàn) Cu納米 Al2O3復(fù)合鍍層硬 度檢測(cè) 使用顯微硬度機(jī)對(duì)鍍層的硬度進(jìn)行檢測(cè)，在鍍層表面隨機(jī)選取五點(diǎn)進(jìn)行硬度檢測(cè)，試驗(yàn)載荷 100g，載荷保持 15s，卸除試樣力，然后測(cè)量壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，并根據(jù)對(duì)角線查表，最后得硬度值，測(cè)量 5 次，求平均值即為式樣硬度。用分析天平稱量腐蝕前后的試樣質(zhì)量，用單位面積，單位時(shí)間內(nèi)試樣質(zhì)量的變化表示腐蝕性 。 由于加入表面活性劑我為十二烷基苯磺酸鈉，為陰離子型表面活性劑，在其他工藝條件下確定條件下，對(duì)十二烷基苯磺酸鈉，電離出的陰離子附著在納米 Al2O3 顆粒表面，是克服電廠力做的功增加，能夠吸附并沉積在陰極表面的顆粒尺寸受到一定限制，大尺寸顆粒難以沉積下來(lái)，但是其具有較好的潤(rùn)濕性，鍍層表面光潔度，平整性好。 h 10%H2SO4g/m2 納米微粒的加入 不僅能 能顯著提高復(fù)合鍍層的性能 , 能節(jié)省材料 ,減少污染 ,因而納米復(fù)合電鍍技術(shù)的研究與應(yīng)用有 廣闊的發(fā)展前景 。 ，表面活性劑的加入能夠良好的提高納米顆粒在鍍層中的分散效果，能讓顆粒均勻的分布于鍍層中，從而提高鍍層表面的平整度，進(jìn)而增加鍍層的性能。 衍射圖中無(wú)α — Al2O3 納米顆粒的衍射峰，但是根據(jù)硬度檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明鍍層中應(yīng)存在α — Al2O3 納米顆粒 ,圖中沒(méi)有α — Al2O3 納米顆粒的衍射峰可能是因?yàn)棣?— Al2O3 納米顆粒含量較少不足以產(chǎn)生 X 衍射峰。 對(duì)于聚乙二醇來(lái)說(shuō)，它屬于非離子型表面活性劑，它對(duì) Al2O3 納米顆粒懸浮性的影響主要是靠自身的分子間作用力，有較好的潤(rùn)濕作用，其吸附在 Al2O3 納米顆粒表面，從而增加了空間位阻，起到了穩(wěn)定的作用，所以鍍層硬度趨于穩(wěn)定，但在其達(dá)到極限值時(shí)在鍍層形成一層憎水膜使Al2O3 納米顆粒沉積不在增加，得到鍍層硬度如圖 34。使用 X 射線衍射儀對(duì)試樣進(jìn)行物相分析。 分散效果好的，沉降慢，懸浮顆粒由上至下呈逐漸增濃的彌散分布，納米懸浮液的高度也較高。將兩極置于鍍液 中調(diào)節(jié)攪拌槳到實(shí)驗(yàn)設(shè)定數(shù)值，最后通直流電源到設(shè)定電流，開(kāi)始電鍍。 （ 4）活化 配制 H2SO4（ 10 g/L）； HCl(1ml/L)將鋼片放入浸洗 20~60s。 （ 1）準(zhǔn)備試片 不銹鋼厚度為 4~5mm，切割至 15mm ? 20mm,用砂紙打磨兩鍍面到光滑，使厚度在 2~3mm。12H2SO4(60g/L)。加入適當(dāng)硫酸作為導(dǎo)電離子，加大鍍液的導(dǎo)電性。 愿我們課題組可以實(shí)驗(yàn)成功，為人類的生活做出貢獻(xiàn)。為了防止銅陽(yáng)極中的不溶性雜質(zhì)落入鍍液內(nèi)而影響鍍銅層質(zhì)量，必須用陽(yáng)極保護(hù)框或陽(yáng)極袋（兩層以上的滌綸布）。硫酸含量低時(shí)鍍層粗糙，陽(yáng)極鈍化。加熱會(huì)增加粒子本身的能量、加劇粒子間的碰撞頻率 ,破壞粒子周圍的溶劑化層 ,不利于溶膠的穩(wěn)定。結(jié)果表明 ,以異丙醇胺